気中放電niついて

質問

空気の火花電圧は、ギャップ長と電極の形状に関係しているのですか?

回答No.2

starflora · ベストアンサー

正確なところが分からないのですが、空気の絶縁破壊電圧は、理論的には、電極の形状によって左右されないはずです。（理論的に、どうしてかは些か心もとないのですが）。

　　電極の形状によって、絶縁破壊が破れる時間、つまり、電極に高電圧を印加した時、印加の瞬間から何秒後に火花が飛ぶか、つまり、絶縁が破れるかは、変化すると思えます。

　　参考ＵＲＬに簡単に紹介されてる「ストリーマー理論」では、絶縁破壊の起こるメカニズムとして、高電圧電場により、空気分子の電子が加速運動され、これが他の分子に衝突して、更に電子を生み出し、加速度的な空気分子のプラズマ化と、運動電子を生み出すことによって、経路（ストリーム）ができ、この経路を伝って電気が流れ、これが「絶縁破壊」であるとされます。

　　この場合、電極間距離が身近かければ、この現象は、低電圧でも起こり、他方、距離が大きいと、より高い電圧が必要になります。

　　ストリーマー現象は、電極の電場により、電子が牽引力を受けて加速度運動することで開始する訳で、同じ電圧であれば、電子に作用する力は同等になり、理論的に、放電が起こる最低電圧は、この電子加速度を起こす電場の大きさによって決まり、それは、電極の形状ではなく、端的に、印加電圧の大きさで決まると考えられます。

　　しかし、ストリーマー現象が、電子加速と、衝突による空気分子のプラズマ化の「雪崩現象」を前提にしていることを考えると、電極が一様な平面よりも、尖った形をしている時、この尖った先端向けて、電子の運動方向が決まって来て、雪崩現象の起こる方向も、先端へと収束するように起こるように思え、この場合、電極間の距離を超えて、電子の流れが成立した瞬間が火花の飛ぶ時ですから、電離経路が、電極が尖っていた場合、より低電圧でも成立し、放電が起こり得るという見通しが出てきます。

　　こういう効果を考えると、電極の形状が、絶縁破壊電圧を左右するということが出てきそうです。

　　しかし、電極の形状によって、絶縁破壊電圧が変化するというのは、別の理由からも出てきます。

　　何が関係するかは、「電流」の大きさです。流れることが可能な電流の大きさがあまりに小さい場合、別の表現では、移動できる電荷が少ない場合、十分な電流が可能な場合に較べ、絶縁破壊電圧は高くなることが考えられます。

　　簡単に説明すると、電場の作用で、空気中の電子が動かされる場合、電子にエネルギーを与えていることになるのです。プラス極とマイナス極のあいだの電位差が、静電気によって構成されている場合を例にすると、ストリーマー現象が進行して行く過程で、電子の移動が起こるのです。火花放電とは、電離経路の成立で、一瞬、この経路を伝って、電流が流れた時に、経路が発光し、耀き、スパークが見えるのだと云えます。

　　しかし、静電気の場合だと、電子の移動の進行で、電極間の電位差が低くなって来ます。そうすると、電子の移動は減ってくる訳で、減りつつも移動していると、ますます電位差は減ってきます。やがて、電極の電位差がなくなってしまいます。こういう場合、火花放電は起こりません。そして、電子の流れは、電極が平たい円盤か何かで、面積が大きい場合、あいだに挟まれた空気の量が大きく、流れ込む電子の量も多くなって、静電気だと、すぐ電位差が均衡してしまうとも考えられます。しかし、電極が互いに尖っていると、電子がそれほど多数移動しなくとも、電離経路が確立され、瞬間、静電気がすべて電極間を移動して、これが火花となります。

　　静電気でない場合でも、「電流」が小さい場合、面積の大きな電極を向かい合わせにしていると、回路を流れることのできる電流では、電極間の電子移動が起こっても、電離経路を形成しない可能性がありえるように思えます。あるいは、流れることのできる電子の数が少ないので、「雪崩現象」を引き起こすことができず、電離経路が形成できない可能性があるということです。

　　それに対し、電極が尖っていると、電離経路形成に必要な電子量は、相対的に少なくて済み、平たい、面積の大きな電極では、絶縁破壊が起こらない電圧でも、絶縁破壊が起こるということが考えられます。

　　実際に実験しないと分かりませんが、理論的な考察では、以上のような理由から、高電圧回路を流れることができる電流の大きさによって、電極の形状が、絶縁破壊電圧に影響しない場合と、影響する場合があると云えそうです。

　　簡単に結論を言えば：

　　＞空気の火花電圧は、ギャップ長と電極の形状に関係しているのですか?

　　関係していると、概ね云えるでしょう。ただし、実験してみないと分かりません。（実験では、尖っている方が放電が起こりやすかったように思います）。（q=256283）

　　＞冬の稲妻2
　　＞http://homepage2.nifty.com/ToDo/cate1/kaminar2.htm

参考URL：

http://homepage2.nifty.com/ToDo/cate1/kaminar2.htm

お礼

冬の稲妻を全部読みました。電気って楽しですね。またいろいろ楽しいサイト教えて下さい。回答し下さった文も分かりやすくやくにたちました。ありがとうございます。

回答No.1

kazuna02

本来、絶縁体である空気を破り電流が流れる為には、極間のギャップ長と電極形状(鋭さと言うか、エッヂが有ると飛び易い)の他に、高電圧が必要です。電流は微量でも構いません、高い電圧が要求されます。

お礼

お返事おくれて済みません。電極間とギャップ長などばかり調べていましたが高電圧も調べるといろいろな文献もみつかりました。大変ありがとうございました。